Светотехника. Отражательные объективы
Мы отметили определенные преимущества ультрафиолетовой микроскопии; можно также получать коечто и от инфракрасной микроскопии, т. е. микроскопии,, работающей на инфракрасных лучах. Как ультрафиолетовая, так и инфракрасная микроскопия значительно выиграла от недавнего усовершенствования так называемых отражательных объективов. Линза объектива микроскопа заменяется металлическим отражательным зеркалом особой конструкции. С исторической точки зрения интересно отметить, что это изобретение уводит нас на 300 лет назад к Ньютону.
Когда Ньютон открыл разложение белого света в епектр при помощи стеклянной призмы, он понял, что простая стеклянная линза должна фокусировать различные составляющие спектра в различных точках. Ведь фокусное расстояние линзы зависит от величины показателя предвидения стекла, а само существование спектра доказывает, что способность стекла к преломлению зависит от цвета проходящего сквозь него света. Это привело Ньютона к выводу, что телескоп со стеклянной линзой всегда должен давать размытое многоцветное изображение. В то время он еще не знал факта, позднее открытого Доллондом, чт» стекла с различным химическим составом могут иметь различные оптические характер ристики, позволяя осуществлять взаимную компенса* цию путем комбинации линз из разного стекла. Именно эта причина побудила Ньютона к изобретению знаменитого отражательного телескопа с использованием металлического отражательного зеркала взамен обычного линзового объектива телескопа. Особенностью изображения зеркального устройства является то, что оно вообще не имеет дефектов окрашивания: различные цвета сходятся в одном и том же фокусе. Таким образом, отражательный телескоп Ньютона был первым телескопом, свободным от хроматической аберрации.
Теперь мы хотим обратить внимание на одну замечательную деталь, а именно: в той же публикации «Philosophical Transactions» за 1665 г. Ньютон не только описал отражательный телескоп, который он построил, но он также точно показал (графически), что тот же самый принцип отражения можно с успехом применить и к микроекопу (сложные микроскопы того времени, например Гука, обладали сильнейшей хроматической аберрацией).
идея объектива микроскопа
В действительности изготовление отражательного зеркала, пригодного для использования в качестве объектива микроскопа, немедленно сталкивается с громадными практическими трудностями при любой попытке подучить сильные увеличения и большие апертуры, необходимые для хорошего разрешения. Зеркало телескопа построить куда проще. Вот почему после нескольких нерешительных попыток, предпринимавшихся различными конструкторами, идея объектива микроскопа в виде отражательного зеркала была на длительнее время оставлена.
Проблема была поставлена вновь примерно 20 лет назад Берчем в Бристоле, который сумел преодолеть оптические и механические трудности и создал — правда, с очевь большим трудом — весьма удовлетворительные отражательные объективы. Его идея сводится к следующему: объектив представляет собой тщательно отполированное вогнутое зеркало, по не совсем сферическое — именно в этом и состоит главная трудность его изготовления. В центре зеркала находится небольшое отверстие, к которому обращено небольшое выпуклое зеркальце. Используемое расположение зеркал показано на рис. 13. При освещении объекта свет проходит к вогнутому зеркалу; затем он попадает на небольшое выпуклое зеркало, расположенное напротив центра отверстия, а далее выходит через отверстие и образует увеличенное изображение, рассматриваемое при помощи окуляра.
Конструкция этого объектива в оптическом отношении далеко ушла вперед от простой схемы, предложенной впервые Ньютоном. Отражательное зеркало имеет особую геометрическую форму, отклоняющуюся на скрупулезно вычисленную величину от сферической.
В качестве объектива микроскопа эта система для определенных целей имеет существенные преимущества перед обычной стеклянной линзой. Начать хотя бы с того, что когда изображение строится металлическим зеркалом, оно не подвержено хроматическим дефектам. Все длины волн сходятся в одном фокусу Это большое преимущество, так как если зеркало по^ крыто; тонким слоем алюминия, оно становится хорошим отражателем в очень широком диапазоне длин волн — от инфракрасных до ультрафиолетовых включительно. При этом можно обойти трудности с поглощением ультрафиолета стеклом, и — что в равной мере важно — если сфокусировать визуально, используя обычный белый свет, прибор оказывается точно в фокусе также и для всех других длин воли — от инфракрасных до ультрафиолетовых. Напомним, что фокусирующие свойства кривого зеркала совсем не зависят от длины волны используемого света: Мы можем фокусировать в видимой области, а затем уверенно переходить в невидимую, зная, что любое изображение окажется точно в фокусе. К тому же оказывается, что такой отражательный объект имеет гораздо большее рабочее расстояние, чем стеклянная линза той же самой силы. Давайте рассмотрим кратко ограничения, накладываемые рабочими расстояниями линз.